מעקב MPPT מבוסס אלגוריתם קבוצתית חברתית המשולב עם ממיר תהודה בהסטת פאזה לטעינת סוללות במערכות PV עם צל חלקי

מדוע טעינה סולארית חכמה חשובה

ככל שרכבים חשמליים נעשים נפוצים יותר, מציאת דרכים נקיות לטעינתם חשובה לא פחות מבניית הרכבים עצמם. תחנות טעינה רבות עדיין תלויות בחשמל המופק מדלקים פוסיליים, מה שמפחית את היתרונות הסביבתיים של החשמול. פאנלים סולאריים הם חלופה אטרקטיבית, אך תפוקתן יכולה להשתנות בחדות כאשר עננים עוברים, מבנים יוצרים צל או אבק מצטבר על חלקים מהמערך. מאמר זה בוחן שיטה חכמה יותר להפיק כוח יציב ויעיל מפאנלים סולאריים — גם כאשר הם בצל חלקי — כדי לטעון סוללות רכבים חשמליים באופן אמין ובמינימום בזבוז אנרגיה.

האתגר של תאורה לא אחידה

פאנלים סולאריים מגיבים באופן עדין למפתיע כאשר רק חלקים מהם מוצלים. כמה תאים כהים יכולים למשוך את ביצועי כל המערך כלפי מטה, ולהפוך את אותם תאים לחממים זעירים במקום למפיקי אנרגיה. מהנדסים משתמשים בבודקי "מעקב נקודת ההספק המקסימלית" כדי לכוונן כל הזמן את אופן פעולת הפאנלים כך שיופק מהם כמה שיותר כוח. גישות מסורתיות עובדות היטב כאשר השמש אחידה, אך כאשר חלק מהפאנלים בצל וחלקם מוארים, עקומת המתח–הספק מפתחת מספר שיאים במקום נקודה אחת ברורה. שיטות סטנדרטיות נוטות להיקשר לאחד מהשיאים הקטנים ולהישאר שם, מה שמותיר אנרגיה פוטנציאלית רבה ללא ניצול.

דרך בהשראת התנהגות חברתית למציאת נקודת ההספק הטובה ביותר

החוקרים מתמודדים עם הבעיה בגישה מבוקרת המושרית מהאופן שבו אנשים לומדים בתוך קבוצות חברתיות, המכונה אופטימיזציה קבוצתית חברתית (Social Group Optimization). בשיטה זו, נקודות תפעול מועמדות רבות עבור מערך הסולארי פועלות כחברי קבוצה. חלק משחקים את תפקיד המנהיגים שמבצעים כרגע בצורה הטובה ביותר, בעוד אחרים הם לומדים המתאימים את בחירותיהם על בסיס הצלחת עמיתיהם. האלגוריתם מתחלף בין חקירה רחבה — ניסיון נקודות תפעול שונות מאד — לבין התמקדות באזור המבטיח ביותר ברגע שמופיע יתרון ברור. מכיוון שהוא זקוק רק למעט הגדרות כיוון וחישובים פשוטים, אסטרטגיה זו יכולה לפעול בזמן אמת על בקרה משובצת קטנה בתוך מטען.

נתיב עוצמתי יעיל במיוחד אל הסוללה

מציאת נקודת התפעול הנכונה היא רק חצי הסיפור; יש להעביר את האנרגיה אל הסוללה ללא אובדנים משמעותיים. לשם כך הצוות מעצב ממיר תהודה מלא בגשר יחיד, סוג של מעגל המשתמש בטרנספורמר בתדר גבוה ובאינדוקטורים וקבלים ממודלים בקפידה כדי להחליף את רכיבי ההספק כאשר המתח או הזרם שלהם קרובים לאפס. "החלפה רכה" זו מקטינה משמעותית חום ולחץ על האלקטרוניקה. המעגל גם מספק בידוד חשמלי לצורך בטיחות ויכול לטפל בטווח כניסה רחב מהמערך הסולארי תוך כדי אספקת יציאה נמוכה במתח וגבוהה בזרם, המתאימה לטעינת סוללות רכבים חשמליים.

בדיקת המערכת במבחן

המערכת השלמה משלבת את אלגוריתם המעקב הקבוצתי החברתי עם הממיר התהודתי במסגרת שליטה מאוחדת. בסימולציות מחשב מפורטות משווים המחברים את שיטתם מול מספר אלגוריתמים ידועים לחיפוש גלובלי וגישת מעקב בסיסית. תחת דפוסי אור שמש משתנים, שיטת הקבוצה החברתית מוצאת במהירות את השיא הגלובלי האמיתי בהספק, עם תנודות פחותות ושינויים חלקים יותר בתנאי התפעול. במקביל, הממיר משמר מתח וזרם יציבים, ומשיג יעילות שיא של כ־97 אחוז — גבוה יותר מממירים דו־שלביים מסורתיים — ומשפר את ויסות המתח בכ־2 אחוזים. בדיקות חומרה באמצעות אמולטור סולארי ומערכת טעינה של 3 ק"ו מאשרות כי ההתנהגות הנצפית בסימולציה ניתנת לשחזור במציאות.

מה המשמעות עבור תחנות טעינה עתידיות

עבור קורא שאינו מומחה, המסר המרכזי הוא שהמחברים בנו ארכיטקטורת טעינה החושבת ונושמת יחד עם השמש. החלק ה"חושב" הוא האלגוריתם המושפע חברתית שלומד כל הזמן היכן המערך הסולארי יכול לספק את הכוח הרב ביותר, אפילו כאשר חלקים ממנו מוצלים. החלק ה"נושם" הוא ממיר התהודה שמעצב בשקט את האנרגיה המשתנה הזו לזרימה חלקה ויעילה אל הסוללה. יחד הם מראים שניתן לעצב מטענים לרכבים חשמליים המופעלים סולארית שפוגעים במיעוט אנרגיה ושומרים על פעולה אמינה בתנאי מזג אוויר אמיתיים, ובכך מסייעים לרשתות הטעינה להיות נקיות ועמידות יותר.

ציטוט: Jayaraman, J., Ramasamy, S., Vadivel, S. et al. Social group algorithm-based MPPT coupled with phase shift resonant converter for battery charging through partially shaded PV systems. Sci Rep 16, 9596 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-025-31674-y

מילות מפתח: טעינת רכב חשמלי בסולארי, צל חלקי, מעקב נקודת ההספק המקסימלית, ממירים תהודתיים, אלקטרוניקת כוח